CuO/RGO纳米复合材料的制备及其对高氯酸铵热分解性能的影响研究(5)
1.3.4 氧化石墨还原法
将天然石墨经过氧化、剥离、化学还原的过程制备石墨稀被认为是目前实现低成本和产业化制备石墨稀最有效的方法，而且这种方法制得的石墨炼具有较大的尺寸结构。石墨和强氧化剂反应后在石墨边缘连接上一些含氧官能团[45]，如羟基，羰基等，然后还原得到石墨烯，所用还原剂不同，得到的石墨烯质量也有所差别[46,47]，常用的还原剂有水合肼[48]，硼氢化钠[49]，次氯酸钠[50]和醋酸钠[51]等。氧化石墨的制备通常使用强酸氧化原始石墨，破坏石墨的共轭形式，使石墨的层间距变大，再在石墨层之间或者边缘插入官能团，方法主要有三种：Brodie法[52]，Staudenmeier法[53]以及Hummers法[54]。由于亲水性基团的引入，氧化石墨易溶于水和一些有机溶剂，通过超声作用将其剥离可得到单层的氧化石墨烯物，用还原剂除去含氧官能团，可恢复石墨烯的热力学和电学性质 [55,56]。Fernandez-Merino等[57]分别以硼氢化钠、连苯三酚和文生素C为还原剂制备出石墨烯，发现以文生素C的效果与水合肼相似，能够高产率的制备石墨烯，因而可用文生素C取代水合肼，减小毒性。2012年Peng等[58]和Ambrosi等[59]分别使用生活中常见的纤文素和氧化铝作为还原剂制备出石墨烯。这些绿色无毒、廉价易得的还原剂为实现石墨烯的绿色生产提供了可能。
1.4 纳米CuO/RGO纳米复合材料的制备
目前制备石墨烯基复合材料的方法主要有两种：共混法和原位晶化法。
1.4.1 共混法
所谓共混法，就是将制备好的纳米材料与石墨烯在特定条件下混合，一般分为两步，第一步纳米材料的制备，第二步将制备的纳米材料与石墨烯共混，通过纳米材料与石墨烯之间的静电作用或者共价键作用使其彼此吸附，从而形成石墨烯纳米复合材料。王坤等[60]利用此法制得了Cu2O/CuO/RGO复合材料并用在超级电容器上。
1.4.2 原位晶化法
原位晶化法先将石墨烯进行功能化处理，使其表面形成成核位点，再将纳米颗粒负载到石墨稀片上，该法等到的复合物密度大，分散均匀。N. Yusoff等[61]以Cu(CH3COO)2•H2O为原料，NaOH和NH3•H2O为沉淀剂先制得Cu(OH)2，在将Cu(OH)2和石墨烯在PH为10的条件下90 ℃搅拌1 h后，转移到反应釜中在180 ℃的条件下水热反应24 h，再经洗涤干燥等制得纳米氧化铜石墨烯复合材料并用做染色剂降解材料。Yu-Wei Hsu等[62]以Cu(NO3)2为原料，NaOH为沉淀剂制得可用作传感器的纳米氧化铜石墨烯复合材料，作者利用了乙二醇作为溶剂从而获得更好的分散性，并且研究了不同PH对所得材料性能影响。王琦等[63]和程林丽等[64]也分别利用原位晶化法制备了氧化铜石墨烯纳米复合材料，分别用于锂电池的阳极材料和光催化剂。
1.5 纳米CuO和CuO/RGO纳米复合材料对AP的催化
V.V.Boldyrev[65]从理论上研究AP的热分解过程及分解机理，为寻找合适的催化剂提供了条件。研究表明，AP的分解过程分为三个阶段：第一阶段在300 ℃以下，称为低温分解期，其化学性质没有改变，物理性质发生变化，形成相当稳定的多孔物质；第二阶段在350 ℃~450 ℃之间，称为高温分解期，整个分解过程是减速的，随着加热时间的增长能够全部分解；第三阶段在450 ℃以上，称为爆燃期。AP经过一个感应期后，分解气体的压力突然上升而发生爆燃。催化剂的加入主要是改变AP的分解途径，降低了AP的低温和高温分解温度，从而有效地提高了AP的分解效率。
1.5.1 纳米CuO对AP的催化
在固体推进剂领域，CuO是一种重要的燃速催化剂。CuO的粒径和形状对其催化效果有着重要影响[66]。Patil PR等[67]使用DSC研究了不同升温速率下，纳米CuO粒子对AP的催化效果。实验分别采用了10、15、20、25 ℃/min的升温速率，结果表明不同升温速率下纳米CuO都能够有效的降低AP的高温和低温分解峰温度，其中10 ℃/min高温分解温度更是降低了107 ℃，提高分解放热量；此外随着升温速率的加快，AP的高温分解温度也逐渐提高。陈丽娟等[68]人采用沉淀法制备出纳米CuO，研究了其对AP的催化效果并提出了可能的催化机理。实验结果表明，纳米CuO可以提高AP的分解效率，加速分解过程大大降低AP的分解温度。她认为AP的热分解是质子转移过程，在分解中产生了O2－，纳米CuO因为其超大的比表面积，能够有效地吸附NH4+，使得NH4+和O2－快速反应，从而改变AP的分解途径，提高AP的分解效率。
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